PicoVNA 5 và PicoSDK: tự động hoá đo S-parameter bằng Python, SCPI và LabVIEW

Một phép đo làm tay mất vài phút. Một trăm phép đo làm tay mất cả buổi và luôn có ít nhất một lần ghi nhầm số. Đây là lúc kiến trúc điều khiển qua USB của PicoVNA 106 và PicoVNA 108 trở thành lợi thế thật sự: máy vốn đã nằm sau một sợi dây USB nối vào PC, nên khoảng cách từ đo tay tới đo tự động ngắn hơn nhiều so với thiết bị để bàn truyền thống.

PicoVNA 5: chạy trên hệ điều hành nào

Hỗ trợ Linux đáng chú ý hơn vẻ ngoài của nó. Trạm đo tự động trên dây chuyền thường chạy Linux vì lý do ổn định và chi phí bản quyền; một VNA không có phần mềm Linux sẽ buộc phải kéo theo một máy Windows riêng chỉ để điều khiển nó. Pico cũng ghi rõ các bản phân phối đã thử nghiệm gồm Debian 8, Ubuntu 18.04 LTS, Linux Mint Cinnamon, openSUSE Leap 15.0, Fedora 28 và Arch Linux.

Bố cục màn hình: bốn kênh, tám marker, sáu đoạn limit

Phần mềm cho dựng viewport theo nhu cầu thay vì theo bố cục cố định. Các giới hạn thực tế:

• 4 kênh hiển thị, mỗi kênh 2 vệt — đủ để xem đồng thời tám đường, ví dụ bốn tham số S kèm bốn vệt nhớ để so với lô trước.
• 1 vệt nhớ mỗi kênh — dùng để đối chiếu trước và sau khi chỉnh mạch.
• 8 marker với các chức năng marker thường, marker delta, marker cố định, giữ đỉnh hoặc giữ đáy, và đo băng thông tại mức 3 dB và 6 dB.
• 6 đoạn limit line mỗi kênh, cho phép chồng lấn — đủ để dựng mặt nạ chấp nhận nhiều bậc cho một bộ lọc có yêu cầu khác nhau ở dải thông, dải chuyển tiếp và dải chặn.

Điểm mạnh của PicoVNA 5 là trộn được phép đo miền tần số và miền thời gian trong cùng một bố cục, và nhóm marker qua nhiều vệt. Khi soi một điểm gián đoạn trở kháng, bạn nhìn được đồng thời nó nằm ở đâu theo khoảng cách và nó gây gợn thế nào theo tần số.

Xuất dữ liệu: vì sao định dạng .s2p quan trọng

Phần mềm ghi kết quả ra hai định dạng chính:

• .csv — bảng số thuần, mở được bằng bất kỳ công cụ bảng tính nào, hợp cho báo cáo và thống kê quá trình.
• .s2p — định dạng Touchstone hai cổng, chứa đủ bốn tham số S theo tần số cả biên độ lẫn pha. Đây là ngôn ngữ chung giữa phép đo và mô phỏng.

Giá trị của file .s2p nằm ở chỗ nó nạp thẳng vào công cụ mô phỏng mạch. Bạn đo một linh kiện thật, xuất .s2p, rồi đưa chính dữ liệu đo được ấy vào mô hình thay cho mô hình lý tưởng của nhà sản xuất. Toàn bộ mô phỏng phía sau lập tức sát thực tế hơn. Pico có sẵn hợp tác với Cadence AWR Microwave Office và cung cấp wizard AWR DE Interface để nạp số đo VNA vào mô phỏng.

Về tốc độ: tạo một file .s2p 201 điểm hai cổng mất dưới 38 ms. Con số này quyết định thông lượng của một trạm đo tự động, sẽ tính cụ thể ở phần sau.

PicoSDK: chọn API hay SCPI

PicoSDK cho hai đường điều khiển, và lựa chọn giữa chúng nên dựa trên hệ thống sẵn có của bạn chứ không dựa trên đường nào hiện đại hơn.

Ngôn ngữ được hỗ trợ gồm LabVIEW, MATLAB, Python và C/C++/C#. Pico đăng ví dụ mã trên GitHub chính thức của hãng — nên bắt đầu từ đó thay vì tự dựng từ đầu, vì các ví dụ đã xử lý sẵn phần khởi tạo thiết bị và định dạng dữ liệu trả về.

Tính thông lượng cho một trạm đo tự động

Đây là phép tính nên làm trước khi đầu tư, và làm được bằng các con số đã công bố.

Thời gian một chu kỳ đo

Với mỗi điểm quét nằm dưới 2,5 MHz, máy cộng thêm 1,25 ms trên PicoVNA 106 và 2,5 ms trên PicoVNA 108. Đây là chi tiết dễ bỏ sót: một chu trình quét từ 300 kHz với vài trăm điểm ở vùng thấp có thể mất nhiều thời gian hơn phần còn lại của dải cộng lại.

Ba thành phần thời gian ngoài phép quét

Thời gian quét hiếm khi là nút thắt thật. Ba thành phần dưới đây thường lớn hơn:

1. Thao tác gá lắp DUT — cắm, siết, tháo. Thường tính bằng giây.
2. Ghi và xử lý dữ liệu — ghi file, đối chiếu limit line, ghi vào cơ sở dữ liệu.
3. Thời gian ổn định sau khi cắm DUT, đặc biệt khi DUT vừa được cấp nguồn qua bias-T.

Kết luận thực tế: nếu chu trình của bạn có thao tác tay, hãy chọn băng thông đo đủ hẹp để giảm nhiễu thay vì cố ép tốc độ quét — vì phép quét không phải chỗ đang mất thời gian.

Điều khiển nhiều máy cùng lúc

PicoSDK cho phép điều khiển nhiều thiết bị đồng thời từ một chương trình. Ba tình huống dùng tới khả năng này:

• Nhiều trạm đo song song trên cùng một PC, mỗi trạm một DUT, để tăng thông lượng mà không nhân đôi hạ tầng máy tính.
• Đo đồng thời nhiều điểm trong một hệ thống lớn, ví dụ nhiều nhánh của một mạng phân phối tín hiệu.
• Trạm so sánh đặt một máy làm tham chiếu và một máy đang kiểm tra, chạy cùng kịch bản.

Khi chạy nhiều máy, tính lại ngân sách cổng USB và nguồn: mỗi máy tiêu thụ 22 W với PicoVNA 106 hoặc 25 W với PicoVNA 108 từ nguồn +12 đến +15 V DC, và mỗi máy có bộ nguồn riêng.

Từ đo tay sang đo tự động: lộ trình bốn bước

1. Chuẩn hoá phép đo thủ công trước. Chốt dải quét, số điểm, băng thông đo, phương pháp hiệu chuẩn và mặt phẳng tham chiếu. Tự động hoá một quy trình chưa ổn định chỉ làm sai số nhân lên nhanh hơn.
2. Dựng mặt nạ chấp nhận bằng limit line ngay trong phần mềm, khi vẫn còn đo tay. Đây là lúc phát hiện ngưỡng đặt quá chặt hay quá lỏng, rẻ hơn nhiều so với phát hiện sau khi đã viết mã.
3. Viết kịch bản ghi dữ liệu trước, ra quyết định sau. Giai đoạn đầu chỉ để chương trình quét và ghi .s2p; con người vẫn đọc kết quả. Khi đã có vài trăm mẫu, thống kê sẽ cho biết ngưỡng đạt hay không đạt nên đặt ở đâu.
4. Chuyển phán quyết vào chương trình và giữ lại toàn bộ dữ liệu thô. File .s2p lưu lại cho phép điều tra ngược khi có khiếu nại về chất lượng, điều mà một kết quả đạt/không đạt đơn thuần không làm được.

Dùng trong đào tạo: bộ Network Metrology Training Kit

Với trường kỹ thuật và trung tâm đào tạo, Pico có bộ Network Metrology Training Kit đi kèm một PCB hơn mười mạch mẫu để thực hành: cấu trúc SOLT theo đường feed, đường Beatty lệch trở kháng 25 Ω, bộ lọc Butterworth thông thấp và thông dải, bộ suy hao, bộ chia công suất 6 dB, chỗ trống để tự gắn linh kiện 0603, và một bộ khuếch đại băng rộng 6 GHz cần nguồn ngoài +5 V DC.

Bộ này kèm bộ cal cơ bản, adaptor N sang SMA, adaptor SMA đực-đực và cái-cái, dây test SMA, cờ lê Pico và USB chứa phần mềm cùng hướng dẫn. File PCB nhập được vào Cadence AWR Microwave Office, nên sinh viên so được kết quả mô phỏng với kết quả đo thật trên cùng một mạch — cách dạy RF thuyết phục hơn nhiều so với chỉ giảng lý thuyết.

Câu hỏi thường gặp

Phần mềm PicoVNA 5 chạy trên hệ điều hành nào?

PicoVNA 5 chạy trên Windows 7 trở lên, Linux và macOS 11 Big Sur trở lên. Bản PicoVNA 3 cũ hơn chỉ hỗ trợ Windows 7 trở lên. Máy tính điều khiển cần tối thiểu 2 GB RAM.

Có thể điều khiển PicoVNA bằng Python không?

Có. PicoSDK hỗ trợ điều khiển bằng lời gọi API hoặc lệnh SCPI chuẩn từ Python, cùng với LabVIEW, MATLAB và C/C++/C#. Pico đăng ví dụ mã trên GitHub chính thức của hãng, và SDK điều khiển được nhiều máy cùng lúc.

PicoVNA xuất dữ liệu ra định dạng gì?

Phần mềm ghi ra định dạng .csv cho báo cáo và bảng tính, và .s2p theo chuẩn Touchstone hai cổng chứa đủ bốn tham số S cả biên độ lẫn pha. File .s2p nạp được vào công cụ mô phỏng mạch; Pico cung cấp wizard AWR DE Interface cho Cadence AWR Microwave Office.

Một trạm đo tự động dùng PicoVNA đạt thông lượng bao nhiêu?

Tạo một file .s2p 201 điểm hai cổng mất dưới 38 ms, và một lần quét với hiệu chuẩn đầy đủ ở băng thông 140 kHz mất 37 ms trên PicoVNA 106 hoặc 38 ms trên PicoVNA 108. Trong thực tế, thời gian gá lắp DUT và ghi dữ liệu thường lớn hơn thời gian quét, nên nên tính cả ba thành phần khi lập kế hoạch chu trình.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.